CN115369394A - 一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法，涉及油田金属制品腐蚀控制技术，该系统包括：连接电源用于产生具有时变频率的电磁波的发生器、分别包括与发生器电连接且相互分开以及接触水的两套处理单元的一套或多套处理组件，每套处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，时变频率电磁波施加在两套处理单元上以在水中产生感应电场、电容电场和离子波流协同效应，从而将水的能量激发至氧化电位足以诱导产生金属前体离子并与羟基发生反应的氧化态，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐作为防蚀涂层。

Description

一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法

技术领域

本发明涉及油田金属设备防腐技术领域，特别涉及一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法。

背景技术

注水广泛用于枯竭的油藏/油井、页岩油和砂油，以提取土壤/页岩/砂颗粒之间的剩余油。虽然水是用于此类应用的最可行的介质，但由于金属结构与水循环系统中的水接触，确实会出现许多相关的腐蚀问题。其中，钢和金属结构最常见和最严重的腐蚀故障是由于土壤/页岩/砂中的硫酸盐还原菌（SRB）造成的，这可能导致石油生产停止/损失，也会导致较高的更换/维护成本。SRB所造成钢或金属物的高腐蚀率导致频繁和长时间的石油生产停工，特别是当金属物品位于防爆区域时。腐蚀管道/储罐/设备的更换成本也非常昂贵。更重要的是，MIC导致的一些灾难性结构故障可能导致灾难性环境污染和破坏性后果，如石油泄漏或火灾危险。

在注水采油过程中，由于有利的地下环境，注水流经SRB稠密的土壤/页岩/砂层。这些SRB细菌通过有效利用铁作为电子供体来促进其硫酸盐到硫化物的还原代谢，从而获得代谢能量。

(4Fe0 → 4Fe2+ + 8e-)

(8e- + SO42− + 9H+ → HS- + 4H2O)⁺

虽然SRB代谢需要电子供体来引发反应，但环境中有许多可能的电子供体来源，但注水井系统中最丰富的电子供体元素是铁。铁是最重要的氧化还原金属之一。它有Fe⁰, Fe⁺⁺, 和Fe⁺⁺⁺氧化/还原状态。这使得它成为SRB最丰富的电子供体源，用于其代谢过程。然而，当铁被SRB用作电子供体时，裸钢以Fe⁺⁺的形式解离，因此发生腐蚀。最糟糕的情况是，当注入水通过地下时，大量SRB将从地下地层中被拾取流经地表上的金属管道。

尽管化学处理是处理注水的常用标准操作，但用于注水井采油仍然一直存在若干问题。

包括全面腐蚀和例如SRB腐蚀等微生物腐蚀在内的腐蚀问题以及

高成本化学处理和环境问题。

接触注水井水的钢材表面，例如储水罐内表面和底部以及水管内表面都会遭受不同程度的腐蚀破坏。

对于氧腐蚀等全面腐蚀问题，现有技术的化学处理使用阳极或阴极防蚀剂解决此类腐蚀问题，但磷酸盐防蚀剂等多数防蚀剂会促生细菌或者对环境产生负面影响。对于SRB腐蚀控制，化学处理通常使用具有强氧化性的杀虫剂化学品杀死水中的SRB，但效果并不令人满意。

防蚀化学品和强氧化性杀虫剂化学品或者毒性化学品通常组合使用，用于抑制钢材腐蚀和减轻SRB腐蚀。但是化学品消耗成本非常高，效果存在局限性。

大致上，除了溶解氧以外，水中含有的高含量氯离子也会引起点蚀和局部腐蚀。H2S，通常在SRB还原水/土壤中的硫酸盐时产生，也会导致注水井结构发生严重腐蚀。

现今，业内通常使用化学品解决这些腐蚀问题，但若闭环系统中同时存在氧腐蚀和微生物腐蚀时，化学处理溶液会相互抵触。防蚀剂特别是磷酸盐防蚀剂与氧化性杀虫剂的效果相互抵触。对微生物而言，已知磷酸盐是一种良好的营养物质，会促进细菌生长。而杀虫剂则用于杀死细菌，当使用强氧化性杀虫剂时，它们也会氧化和侵蚀钢管和结构。一旦发生更多腐蚀，会加入更多磷酸盐营养性防蚀剂控制腐蚀，但这会导致更多细菌生长，从而需要加入更多杀虫剂以控制微生物，因此变为一个恶性循环。

防蚀剂化学品的效果在很大程度上受到剂量浓度和方法的控制。阴极或阳极防蚀剂的工作原理是在水中的阳极或阴极钢材腐蚀原电池表面上产生腐蚀保护膜，但保护膜的形成和厚度依赖对剂量浓度的控制。保护膜会遭受水特别是注水井水携带泥沙或其它侵蚀性颗粒物的损坏。这些保护膜损坏会导致甚至更严重的局部腐蚀。

与水系统中的常见微生物多为好氧细菌不同，SRB是厌氧细菌。它们在含氧量极低的浸钢结构中繁殖聚集，例如裂缝、凹坑内、涂层下、防蚀剂膜、接头、生物膜、滞留死角等。这些区域会聚集SRB，而杀虫剂难到达。尽管次氯酸盐会在水中产生强氧化性环境，但它渗入生物膜以杀死生物膜中SRB的效果有限，因此杀虫剂处理控制SRB腐蚀的功有限损。

人们发现：即使水中的SRB量较少，但若生物膜、裂缝、凹坑等结构中出现SRB，SRB聚集地也会导致严重的微生物腐蚀。因此，水中SRB含量低、但水系统中发生严重SRB腐蚀的情况在水系统中很常见。

除了化学品方法以外，还可采用其它物理方法控制腐蚀。但许多技术因存在局限而不用于注水井。这些物理方法包括外加电流阴极防护（CP）法和牺牲阳极系统法。CP法存在许多局限性和缺点，特别是用于保护管道内部时。这是因为各阳极的覆盖长度很短，不适于长管道内部作业。另外，它对于解决裂缝/点蚀和SRB防蚀无效。因此CP法不用于注水。

除此以外，人们还开发了其它防蚀方法，例如新加坡专利SG148149A1使用感应线圈产生的AC交流时变波电磁波，对水进行处理，从而在接触处理水的钢材表面上产生四氧化三铁，从而保护钢材。但形成的四氧化三铁锈是分散且不均匀的。该方法使用时变波水处理无法解决SRB腐蚀问题，对注水井应用无效。

感应线圈产生时变电磁波处理的腐蚀控制工作原理是增加钢材所暴露于水环境的能量。此时为了形成四氧化三铁，必须按顺序发生以下反应和条件。

首先，钢（Fe）必须被氧化为Fe²⁺，即：

Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ (1)

（Fe丢失两个电子为氧化，Fe被溶解为Fe²⁺时，钢材表面发生金属损失或腐蚀。）

Fe²⁺离子可以在水中自由流动或者停留在钢材表面上或者被吸引至相邻的阴极电极表面上。若Fe²⁺离子遇到水中或钢材表面上的OH^-离子，它们将通过以下反应形成氢氧化物。

然后，在时变电磁波赋能的高能水环境中，

产物在室温下变为

。

根据上述顺序反应，产生四氧化三铁必须首先得有前体Fe²⁺离子，然后它与水中的 羟基离子发生反应，然后才能够产生四氧化三铁。水中含有羟基离子，但注水井水系统中的 钢材表面多数为裸钢，它是Fe⁰而不是Fe²⁺离子。如果表面是Fe⁰而不是Fe²⁺离子前体，即使时 变电磁波一直为水提供能量，也不会产生四氧化三铁。但这种裸露的

表面非常敏感， SRB存在时最容易受到SRB腐蚀的影响。

因此，当水环境处于轻微氧化态时，此时的氧化还原电位（ORP）为+200至350 mV（Ag/AgCl参比电极），难于发生上述反应（1）。多数钢材表面将保持Fe⁰而不是Fe²⁺，因此无法在所有钢材表面上形成均匀的四氧化三铁。此时，时变电磁波处理的水无法降低轻微氧化态水中的SRB钢材腐蚀速率。它仅用于水系统不含SRB的情况。

若出现SRB，裸露的未腐蚀Fe⁰表面甚至更容易受到SRB的攻击，但腐蚀反应却不同。SRB将首先将硫酸盐转化为H₂S，已知后者会迅速与金属铁发生反应，将铁（未腐蚀的Fe⁰）腐蚀为FeS，即SRB腐蚀（参见图1），这种SRB腐蚀速率远远高于全面腐蚀。

₂ ⁰ → FeS + H₂ (4)

但另一现有技术-美国专利10807886B2也使用时变电磁波，它利用 CP原理进行钢材腐蚀处理，使用直流偏置时变电磁波代替CP法的直流。该专利的这种设计旨在将直流产生时变波的正极端连接发射器，负极端连接要被保护的结构。该技术使用直流指引时变波从发射器/阳极开始传播，直接施加在作为阴极的目标钢结构表面上。该专利使用直流偏置电流作为定向引导电流，水用作电磁波传播路径。该专利未提及使用直流分量将水中的氯物质变为次氯酸盐和用于SRB腐蚀控制，因此它采用相同的CP工作原理，与注水井管道类似，直流叠加时变波难于施加在长管道内表面上。 CP法对开放性环境保护有效，但不适用于闭环保护，特别是长注水井钢管的内部保护。例如，对于典型的12英寸内径管道，发射器对管道内表面的最大有效覆盖仅仅约为2至3米，而注入水管道则长达几千米，这需要成千上万个发射器才能完全覆盖，因此不现实。因此，尽管该专利使用直流产生时变电磁波，但它不适于注水井水。 另外，它对SRB腐蚀防护无效，对原油采集也无效。而且该专利还有另一个问题：无法避免裂缝或点蚀，这是因为时变电磁波直流分量无法到达深凹坑以停止腐蚀。

因此，需要在金属制品表面上低成本产生长效防蚀涂层的新系统和方法，从而能够高效控制和避免制品出现全面腐蚀和SRB腐蚀，以获得理想效果，包括避免或减少使用化学品，从而避免二次破坏环境，改进采油效果，一步解决腐蚀和SRB腐蚀问题，能够帮助提高石油产量。

发明内容

本专利旨在满足上述需要，因此系统主要目的是通过将水处理至高氧化态（即正性ORP值更高的水），结合使用时变频率电磁波为水提供能量，从而在整个金属制品上自发形成强力结合的均匀四氧化三铁涂层，为金属制品提供全面防蚀和SRB防蚀。产生四氧化三铁涂层后，金属制品在水环境的高氧化态下受到完全氧腐蚀保护 ，将对SRB攻击敏感的裸露Fe⁰表面降至最少。

本发明的另一目的是提供一种金属制品全面防蚀和SRB防蚀系统，该系统利用水中的高含量氯与时变电磁波产生一种协同效应，以克服各种物理化学防蚀方法的缺点，同时还能提供优异的SRB防蚀效果。本发明使用直流偏置时变电磁波的直流分量，将氯转化为氧化性前体，用于引发和促进形成均匀的保护性致密四氧化三铁，覆盖在接触注入水的钢材结构表面上。

本发明的另一目的是提供一种低成本的金属制品全面防蚀和SRB防蚀系统。该系统不需要不断地加入化学品，因此可节省经常性的昂贵化学品成本，但能够克服当前技术存在的化学处理和物理防蚀方法无效的问题。

通过提供一种在水系统中接触或暴露于水的金属制品上原位形成防蚀涂层的系统，实现本发明的这些目的以及其它目的和优点，其包括：

用于产生具有时变频率的电磁波的发生器；

连接至发生器的电源装置，用于对发生器施加驱动电压，驱动产生电磁波和

一套或多套处理组件，每套组件包括分开放置的两个处理单元，用于接触水，其中每个处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，两套处理单元分别与发生器的第一和第二端子电耦合，在两个处理单元上施加发生器产生的时变频率电磁波，从而产生以下一种或多种协同效应：

在各线圈负载内或周围产生时变电感电场，

在两套处理单元的容性负载上产生电容电场，以及

在水中以脉动时变方式在两套处理单元之间传播的离子波流，

从而为水提供能量，将其变为氧化态，具有足以诱导产生与水中羟基发生反应的金属前体离子的氧化电位，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐，作为防蚀涂层。

文中使用的术语“金属制品”包括单金属制品和金属合金制品。

最好可以提供一个旁路开关，在两套处理单元之间产生旁路通路，从而使两套处理单元的容性负载相互短路。

有时可以将根据本发明系统的两套处理单元分开间距2mm至20mm，最好间距2mm至10mm，从而产生容性近场。最好可以将多套处理组件在处理仓内组装到一起，以增强容性近场。

有时根据该发明系统的两套处理单元可以间距较远，以产生阻性远场。

在本发明的一项实施方式中，通过在水中产生正氧化还原电位（ORP）偏移，可以产生氧化态的水。最好可以将正ORP偏移至+200mV以上（例如+350mV以上）（Ag/AgCl参比电极）。可以选择多种方法实现正ORP偏移，包括直流电解、臭氧化、加入过氧化氢和氧化剂。

根据本发明，容性负载可以采用盘状、杆状、管状或网状。

在本发明的一个具体实施方式中，发生器结构可以产生直流（DC）偏置时变频率脉动电磁波，该电流包括交流（AC）和偏置（DC）直流分量。电磁波频率范围可以从大约500Hz至大约1,000,000Hz，最好从大约200Hz至大约5,000Hz，电磁场扫描频率为10至100Hz。

在本发明的一项具体实施方式中，本发明的系统可用于为铁制品提供防蚀保护，尤其是钢结构。有的情况下，诱导前体离子为Fe²⁺，其与羟基发生反应，在铁制品表面上形成钝化四氧化三铁作为防蚀涂层。铁制品可以是油田的油井维护设备。油井维护设备的例子包括注水井水相关的设备。

在本发明的另一具体实施方式中，本发明的系统可用于为铜制品提供防蚀保护，尤其是铜合金结构。有的情况下，诱导前体离子为Cu⁺，它与羟基反应，在铜制品表面上形成钝化氧化亚铜作为防蚀涂层。最好是诱导前体Cu⁺离子与羟基发生反应，形成复合涂层，该复合涂层包括位于铜制品表面上的钝化氧化亚铜（Cu₂O）内层和在内层上的钝化氧化铜（CuO）外层。

最好可以选择电磁波的频率，以激发金属制品，从而可以在金属制品表面上产生集肤效应，使得电磁波可以在所述表面上传播。

本发明的系统适用于金属制品，无论装在开环还是闭环系统中。

本发明的另一方面是提供一种在水系统中接触或暴露于水的金属制品上原位形成防蚀涂层的方法，其包括以下步骤：

产生具有时变频率的电磁波，并

对一套或多套处理组件施加时变频率电磁波，每套组件包括分开放置和用于接触水的两个处理单元。其中每个处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，从而对两个处理单元施加时变频率电磁波，产生 以下一种或多种协同效应：

在各线圈负载内或周围产生时变电感电场，

在两套处理单元的容性负载上产生电容电场，以及

在水中以脉动时变方式在两套处理单元之间传播的离子波流，

对水发挥协同效应，将水激发呈氧化态，具有足以诱导产生与水中羟基发生反应的金属前体离子的氧化电位，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐，作为防蚀涂层。

最好通过在水中产生正氧化还原电位（ORP）偏移，可以使水处于氧化态。

在本发明的一个具体实施方式中，发生步骤可以包括将时变频率电磁波配置为含有直流偏置成分，其频率范围可以从大约500Hz至大约1,000,000Hz，最好从大约200Hz至大约5,000Hz，电磁场扫描频率为10至100Hz。

与使用电磁波处理水为闭环水系统中的结构提供防蚀保护的传统CP系统或方法不同，本发明的实质是将水处理至高氧化态（即正性ORP值更高的水），结合使用时变脉动电磁波，为水提供能量，使水受到电感电场、电容电场和离子波流的影响，诱导产生金属前体离子，能够在金属制品表面上原位形成钝化和稳定的金属氧化物或盐，以此停止继续腐蚀。钝化和稳定的金属氧化物或盐在制品表面上用作防蚀涂层，具有自修复和低维护的优点，可在金属制品生命周期内持续发挥作用，只需按照本发明进行处理即可。现有技术未提及或建议用于全面腐蚀和SRB腐蚀的这种原位形成的活性防蚀涂层。

附图说明

图1是裸露的无腐蚀FeO表面的示意图，该表面对SRB攻击很敏感，会产生SRB腐蚀。

图2是铁在25℃时的甫尔拜图。

图3A和图3B分别是采用当前技术和本发明处理的钢基材上的SRB菌落示意图。

图4是用于原位形成结构与本发明优选实施方式对应的四氧化三铁的系统的示意图。

图5是根据本发明的处理组件的一种典型结构。

图6是根据本发明一种实施方式装有多对处理组件的仓室的示意图。

图7是用于本发明的PWM的一些示例。

图8是可用于本发明的典型直流（DC）偏置交流（AC）时变频率电磁波。

图9是典型注入水管道系统的示意布局。

图10是结构与本发明优选实施方式对应的一种典型罐内处理系统。

图11是结构与本发明优选实施方式对应的一种典型管道内处理系统。

图12A 和图12B显示管内处理仓150内处理组件的其它布置。

图13A和图13B显示本发明系统处理之前和之后的水表面张力。

图14A和图14B显示本发明系统处理之前和之后的注入水红外光谱图。

图15显示相同能量输入的降粘速率，其中曲线1表示加热后的降粘速率，曲线2表示本发明处理实现的降粘速率。

图16A和图16B分别是使用和未使用本发明处理的碳氢化合物的沸点分布曲线。

图17是浸入处理水3小时后的处理钢板以及浸入未处理水3小时后的对照钢板的图片。

图18是钢材表面上形成的四氧化三铁涂层的SEM图片。

具体实施方式

尽管本发明通过优选实施方式提供图示和说明，但用于在水系统中接触或暴露于水的金属制品上原位形成防蚀涂层的系统可以采用许多不同结构、尺寸、形式和材料进行生产。

为了澄清和便捷，此处选择“钢或铁”作为金属制品示例，也适用于会腐蚀的其它任何金属制品。

若钢或铁暴露于强氧化性水（正性ORP读数极高），例如氯化或臭氧化的水，金属腐蚀速率将加快，这通常并非钢腐蚀控制的理想水环境条件。但本发明采用完全相反的思路和腐蚀控制原理，将次氯酸盐的氧化作用作为优点进行利用，与时变电磁脉动波产生协同效应，用于控制水系统中的SRB腐蚀和全面腐蚀。特别是，本发明特意建议使用氧化性水环境，在接触水的整个钢材表面上形成非常均匀致密的四氧化三铁涂层，其中氧化性水环境的ORP范围在+200至+700mV之间，最好在+350至+700mV之间。与传统的时变电磁波处理水系统相比，如果水ORP范围在+100至+350mV（ORP读值使用Ag/AgCl参比电极），则仅有分散点或局部腐蚀区域覆盖四氧化三铁。

图2图示说明根据本发明形成Fe₃O₄之原理的甫尔拜图。若钢材暴露于未处理的水系统，Fe₃O₄形成区只能出现在极小范围的pH和钢-水电位。采用本发明处理后，水被激发而使得熵能量提高，氧化ORP升高，甫尔拜图中的Fe₃O₄区域增加，使得可以在更宽的pH值范围到酸性环境和正值更高的钢-水电位内形成Fe₃O₄。这是本发明与现有技术不同的重要特征。相反地，CP工作原理旨在将钢材电位移至极负性的水平，从而使得钢材一直处于甫尔拜图的未侵蚀区。

根据本发明的方法，在最外层裸钢表面材料处的钢/水界面处形成Fe₃O₄（四氧化三铁）并向水侧生长，形成的该Fe₃O₄属于钢基材而不是附加涂层的一部分。因此，Fe₃O₄和钢基材之间没有空隙。Fe₃O₄涂层稳定并牢固地粘附在钢基材上，厚度通常在15µm至最大大约80µm的范围内。该Fe₃O₄涂层用作钢基材表面与SRB之间的中间屏障，避免SRB在Fe0裸钢上生存和进行新陈代谢。因为Fe₃O₄涂层厚度增加，SRB将被推向外部而无法直接接触裸钢基材。这意味着SRB被与裸钢基材表面分开，从而限制在钢材表面上产生SRB腐蚀。

图3A和图3B分别图示说明使用现有技术处理的钢基材以及使用本发明方法处理的钢基材上的SRB示意图。如图3A所示，在钢基材2的表面上覆有涂层1，SRB隐藏在涂层1或者微孔状Fe₃O₄锈层下面，与钢基材2直接接触，导致产生Fe₂S腐蚀坑3。相比之下，图3B显示Fe₃O₄从钢基材2的表面开始生长，成为SRB的障碍，从而将SRB与钢基材分开。这样SRB无法继续生长。

四氧化三铁涂层非常稳定，其导电性与氧化铱和氧化钌相近。若没有这些氧化物，当电流或腐蚀电流流出金属表面时，金属将溶解为离子，从而发生腐蚀。四氧化三铁是如此稳定，即使电流流出金属表面，它也不会溶解为离子，因此将不会发生腐蚀。因此，四氧化三铁还被用作阴极保护方法中的惰性阳极以及酸中低碳钢的阳极防蚀保护。

除了将SRB与钢基材分开以外，本发明的优点还在于：将水激发至高氧化态，从而提供与杀虫剂类似的消毒作用，杀死水系统中SRB和其它微生物，这有助于提高细菌控制效果。另外，当水流经时，产生的高电磁电感和电容电场会杀死和控制细菌增殖。

本发明的另一主要优点是将水激发至高能量水平，从而可以将能量传递给能量较低的未处理水。这使得不流经本发明处理系统的水仍能够接受能量激发。通过这种能量传递，能够在裂缝、凹坑或其它难到达的区域产生四氧化三铁。

现在参考图4，该图提供了一种结构与本发明优选实施方式对应的系统100。在该实施方式中，系统100包括用于产生具有时变频率的电磁波的发生器110、连接发生器110并为发生器110提供驱动电压以驱动产生电磁波的电源装置（未显示）、内装与发生器110平行连接的多套处理组件121的处理仓120、水或包括水油流混合物的水系统所流经的钢管130，其中处理仓串接在钢管130管径上，使得水或水油混合物流经处理仓120。

电源装置与发生器110连接，它使用交流电源。电源装置为发生器110提供需要的交流驱动电压。该电源装置还包括直流（DC）偏置装置，为发生器110中的波信号产生电路板（PCB）提供直流，从而能够产生所选工作频率的直流偏置时变脉动电磁波。为了安全原因，电源装置可以使用交流输入，将其整流为通常低于60VDC的低压直流。另一方面，随着锂离子电池的进步，还可以使用锂离子电池或其它直流源提供直流电。

发生器110可以采用能够产生时变频率电磁波的业内任何类型装置。例如，发生器可以包括一PCB，用于馈入来自电源装置的直流电，以产生包含直流分量的时变电磁脉动波。发生器110具有正极端111和负极端112。 最好需要以下时变电磁波规格：

·PCB的输出波形可以是方波、正弦波、三角波，最好是方波：

·时变频率范围在100至1MHz之间，最好为500至50,000Hz。频率范围可以分段，采用不同的扫描频率，以配合应用需求。例如，低于1000Hz的较低频率范围对于产生四氧化三铁更有效，而高频则会产生更佳的消毒效果。

·时变电磁波的扫描频率在10至100Hz之间。

已知波频率与输出波电流成反比，但输出电流密度决定消毒效果和四氧化三铁形成速率。对于细菌消毒，较高电压通常会产生更好的杀菌效果。因此，有时需要频率范围段从低频跳变至高频而跨过中频，从而提升整个处理效果。

有的情况下，由于水具有高导电性，高压将产生高电流，可能超过PCB的电流容量。此时可以采用脉宽调制（PWM）控制电流输出，同时还能仍保持需要的电压。图7显示用于本发明的某些PWM示例。

多套处理组件121装在处理仓120内并与发生器110并行连接，图5为处理组件的典型布置图。在本实施方式中，每套组件121最好包括两个处理单元122A和122B，每个处理单元122A和122B包括感应线圈123A、123B和串联的电容板124A和124B。电容板124A和124B可以使用例如半耗材，例如导电柔性或刚性石墨或石墨烯，如果半耗材不影响最终采油品质的话。

将处理单元122A和122B置于水系统内，其中感应线圈123A和123B分别与发生器110的两个端子111, 112电连接，从而将直流偏置时变电磁波施加在处理单元122A和122B上，在线圈123A和123B以及板124A和124B周围产生时变电磁脉动场 。产生的时变电磁脉动场被线圈123A、123B内部和周围的时变电感电场和和电容板124A和124B之间的电容电场所主导。与此同时，因为时变电磁波包括按脉动和时变方式传播的偏置直流分量，会在水或水油混合物中产生脉动离子波流，即水或水油混合物中存在物理离子或电荷流，这是本发明的重要突出特征。受到该离子波流的作用后，水或水油混合物的振动和旋转能等内能发生变化，导致水分子束携带电子，从而改变水分子束的排布。更重要的是，能量会在水或水油混合物中储存一段时间，此后会完全消散于周围环境中。

换句话说，将直流偏置时变电磁波施加在处理组件121上时，线圈123A和123B内和周围的时变电容电场以及电容板124A和124B上的电容电场与水中产生的离子波流产生协同效应。当水流经处理仓120并因此进行协同处理时，水中的水分子、带电分子、离子、氢键、极性键和范德华力将对应该处理产生振动。该振动状态导致水能量升高并储存在被处理的水中，需要长达48小时才能完全耗散升高的能量。被处理水的激发状态导致水分子簇和键吸引力等重新排布，这体现在表面张力、FTIR（傅里叶变换红外光谱）曲线中的键吸收峰波动增大以及水的ORP、水/油的粘度和其它许多特性发生变化。相应的，优点包括但不限于：

-水的表面张力波动越活跃，水的毛细渗透效果越好，这能够帮助注水井中的油采集。

-水的高能状态促使形成高能反应最终产物，例如高能铁氧化物-四氧化三铁（Fe₃O₄），而不是低能态氧化铁Fe₂O₃，这会极大地帮助控制全面腐蚀和SRB腐蚀。

-SRB腐蚀是一种还原反应，水环境的氧化态越强，越不利于SRB还原反应。

利用时变频率电磁波在油水混合物中的两个处理单元122A和122B之间传播，可以按照以下因素，改变两个处理单元122A和122B之间的电压梯度：

信号组件对之间的距离或间隙，

两个处理单元之间的间隙，

容性负载的表面积和/或几何形状，

水或水油混合物的流体导电性，

可以全部改变以产生期望电流强度和电压的外部施加波电压、频率、时变扫描频率以及波形，

可以编程处理以包括纯交流或者包括交流和直流分量的两个处理单元122A和122B之间的波以及

若时变波形中包含直流分量，选择用于使处理单元122A和122B控制或避免产生不希望最终产品的材料。

处理单元122A和122B的间距很重要，可以调整该距离以匹配不同的现场处理要求。对处理组件施加电压/电流时，在处理组件附近产生势场。该势场梯度在组件势场附近最高，沿两个处理单元122A和122B的间距增加而逐渐下降。

现在再次参考图5，当两个处理单元122A和122B距离较近时，它们的势场相互重叠，两个处理单元122A和122B之间的行为呈现容性，本文称其为“容性近场”。当两个处理单元122A和122B距离较远而使得122A和122B之间的势场梯度可以忽略不计时，122A和122B之间的行为呈现阻性，本文称其为“阻性远场”。

如果将本发明用于杀死细菌/微生物及其增殖，则选用容性近场，其中两套组件之间的距离要非常近，根据所施加的电压和水/油混合物的导电性，通常在2mm至10mm。

图5为本发明的一种布置，用于产生直流脉动离子波流。在容性近场中，两个板124A和124B形成“发射和接收”信号端子对，它们不但产生时变电容电场，而且在两个板124A和124B之间的水中也产生离子流。根据应用是否需要直流偏置波，这种离子流可以是交变或单向的。产生的离子流包括带电离子和自由电子。本处理组件中的电感电场、电容电场和离子波流产生组合影响，在两个处理单元122A和122B之间产生高强度的速变电压和电流梯度。当离子波流流经两个处理单元之间的空隙或者附近时，离子波流会干扰微生物的新陈代谢过程。

活体微生物的所有分解和合成代谢过程都依赖REDOX（还原和氧化）和酶反应，无论微生物是细菌、动物还是植物。所有这些REDOX细胞新陈代谢反应/过程都发生电子传递，包括克氏循环、线粒体氧化磷酸化、卡尔文循环、呼吸或光合作用。当生物体暴露于高强度速变电压和电流梯度场时，REDOX反应新陈代谢的所有电子传递被中止，导致生物体被杀死，生物体增殖被中止。DNA蛋白质螺旋体之间的氢键（极性键）对这种外部电磁波变化尤其敏感，极大地影响新细胞分裂过程中的DNA解压缩和DNA的自修复组装，这对于确保有效控制细菌生长很重要，其极大地依赖细菌的增殖能力而不只是直接杀伤率。

当水或水油混合物在管道中流动并受到本发明系统100产生的电容电场的影响时，水或水油混合物中的微生物被杀死，或者更重要的是微生物增殖被中止，这有利于有效控制水或水系统中的细菌/微生物生长。

为了进一步增强容性近场的效果，将多对处理组件121近距离组装在仓室120’中，最好沿不导电绝缘材料126排放，如图6所示。仓室120’设有入口127，其中未处理水或未处理水油混合物通过该入口进入仓室120’；还设有出口128，其中被处理的水或水油混合物通过128流出仓室120’。可以在仓室120’内产生湿润等离子体129，这种湿润等离子体效应将增强杀菌效果，对水或水系统中的细菌增殖产生更佳的杀菌效果。就此而言，相邻的两对处理组件之间的距离最好在2和20mm之间，如在2mm至10mm之间则更好。

有的情况下，极低导电性的流体会流经管道，处理组件的回路阻抗很高，以至于两个处理单元之间的电流极小。然后旁路开关125在两个处理单元122A和122B之间产生旁路路径，从而将电容板124A和124B之间短路，如图5清晰所示。另外，如果水的导电性已预先确定，可以取消容性负载。类似地，如果能够非常迅速地产生氧化（ORP）态水和四氧化三铁，处理单元可以不需要线圈。

如上述讨论，根据本发明的杀菌机理是通过破坏新陈代谢过程中的电子，可以立即杀死部分细菌或微生物，但部分可能在延迟长达数小时或天后才杀死。根据水或水油混合物的导电性，当导电性或低或高时，处理组件的回路电阻将增加或降低。为了有效控制细菌，处理组件的电压和电流必须足够高，从而能够对生物体新陈代谢产生破坏作用。一种方法是确定容性负载表面区域的形状和大小，例如电容板124A和124B，从而增加或减小两个电容板124A和124B之间的电流，保持正确电压。

有时最好在时变频率电磁波中加入直流分量，以产生更理想的波形，例如水或水系统含有高含量氯时。图8显示时变交流脉动电磁波的典型波形，该波形中包含偏置直流分量。利用该直流分量，可以将水或水油混合物中的高氯含量转化为次氯酸盐，后者能够增强对水或水油混合物的杀菌效果。调整直流分量大小可以将产生的次氯酸盐量调至期望水平。

本发明的一个重要特征在于：本发明利用水系统中的高含量氯，将其转化为次氯酸盐，产生足够数量的前体 Fe²⁺离子，从而产生四氧化三铁。注水井水中通常有高含量氯，从传统腐蚀观点来看，它通常被视为负面因素。但在本发明中，通过使用直流电解方法或者发生器110产生的直流偏置叠加时变电磁波的直流分量，可以将水中的氯转化为最终的次氯酸盐或次氯酸产物，从而将水的ORP增加至高达+900mV的高正氧化性ORP值。若将水激发至更高的氧化态，接触更高氧化态水的裸钢表面Fe会迅速反应，形成Fe²⁺离子。同时产生时变电磁波，或者激发水中储存的能量被转移至钢材表面，能够在接触水的整个钢表面上迅速形成均匀致密的四氧化三铁Fe₃O₄。人们发现在这种高氧化环境中1个小时内即可产生氧化三铁Fe₃O₄，氧化三铁层的生长能够将SRB与裸钢制品分开，如图3B所示。

还有其它方法提高水的ORP氧化性，即有更高的正ORP值，包括使用次氯酸钠实现 需要的正ORP、原位产生或加入过氧化氢

、直接注入臭氧或原位产生方法。但单独使用 氧化水无法产生四氧化三铁Fe₃O₄，相反它会加速腐蚀，也无法停止SRB腐蚀。氧化水需要组 合使用本发明施加的规定时变频率波处理。

若水中的氯含量较低，最好使用臭氧或过氧化氢发生器作为辅助设备，以提高水的氧化电位，从而使Fe²⁺离子 增加产生四氧化三铁Fe₃O₄。如果不希望产生次氯酸盐但需要水或水系统中的直流分量产生负的ORP偏移，则可以使用掺杂硼的金刚石材料，避免产生氯/次氯酸盐。如果产生次氯酸盐并非问题，则可以在或高或低含氯量的水中使用钌和铱混合金属氧化物涂层的钛或铌基材。通过调整钌和铱氧化物的比例，可以改变产生的氯/次氯酸盐的量。还可以使用涂铂或镀铂的钛钽基材。

除了辅助产生前体 Fe²⁺离子用于形成四氧化三铁外，还会激发水以提高振动熵能，从而使得水表面张力活性更高。通过FTIR O-H峰吸收曲线的强振动，可以检测到水的高能态，通过表面张力计，可以检测到表面张力变化。如图14A和14B所示的连续测试，结果显示未使用本发明系统处理水的表面张力出现O-H键拉伸吸收峰和O-H键剪切振动吸收峰的偏移都较小，从而导致表面张力只发生轻微偏移，这表明水分子之间的自发相互作用下降。但水经过本发明的时变电磁波处理后，检测到表面张力出现较大偏移，这表明经处理的后的水变得更活泼，有助于将油推出地层。

为了在钢表面上进一步增加形成四氧化三铁Fe₃O₄用于SRB腐蚀控制，同时使用本发明系统在钢表面上产生集肤效应。当10⁴至10⁵Hz的高频范围的时变频率电磁波在钢管上直接传播时，电磁波将在钢管表面上传播，产生具有以下功能的集肤效应：

-加速将Fe转变为前体Fe²⁺离子和电子，

-阻滞细菌或生物体附着在钢表面上，

-干扰细菌细胞新陈代谢过程/反应中的电子传递。

未处理的钢材表面上产生集肤效应时，铁加速溶解成为Fe2+离子，从而会加速钢腐蚀速率，这通常是一种不可取的钢材腐蚀。但在本发明中，该集肤效应被用于促进形成四氧化三铁，因为时变频率电磁波组合使用水中的氧化环境。如上所述，Fe²⁺离子基本上作为形成四氧化三铁Fe₃O₄的前体，而水则被激发产生更高熵能以及更具氧化性的ORP，这有助于形成保护裸钢基材的四氧化三铁Fe₃O₄。一旦形成四氧化三铁，铁将不再转化为Fe²⁺离子。

利用金属表面上的更高频率时变频率波的集肤效应，电磁波将在金属表面上传播，包括裂缝、凹坑和SRB繁殖所在的涂层以下边缘层，从而对附着的SRB细胞及其新陈代谢产生直接影响，减少SRB数量。通过到达水中未被杀死的SRB，进一步增强SRB控制。可以通过在钢表面上实施集肤效应破坏SRB的新陈代谢。SRB新陈代谢包括离子交换/电子转移REDOX反应，结果导致SRB腐蚀钢材。若强电感电场和电容电场与离子波流的协同效应施加在SRB菌落上，它们的新陈代谢REDOX反应将被破坏或者受到极大影响。因此，这种集肤效应进一步改进SRB防蚀。

通过将波发生器的输出端与钢材连接在一起，可以直接激发钢材实现集肤效应。此时所产生波的频率足够高，使得电磁波能够在SRB所在的钢材表面上而不是钢材内部传播。本发明所用频率足以产生集肤效应。实现集肤效应的另一方法是通过纯直流电或固定频率交流电源与波发生器输出或输入端上安装的感应线圈负载或容性负载激发钢材。感应线圈负载或容性负载用于抑制时变频率电磁波产生的潜在雪崩电流或者避免短路，还可以在该激发电路中使用恒流电源，以控制雪崩输出电流。

油田的油井维护设备可能包括油田结构、容器、管道、储罐、缓冲罐和地层中的至少一种。可以调整本发明的系统以适用于不同的油井维护设备，包括罐内处理系统和管道内处理系统。图9是包括罐内处理系统和管道内处理系统的一种典型注水管道系统的示意布局。如图所示，在注水管道系统中，水经过本发明系统的处理，处理后的水200向下流至储油罐210，从储油罐210中抽提出的水、油和/或气体混合物220被输送至分离器230，将油/气从水中分离出来。然后，分离出的水被泵送并储存在缓冲罐中，用于后续输送和注入各种注水井。

对于罐内处理系统，多数水处于静止状态，另外还可以在储罐内输入一些新补充水。在这种情况下，为了确保罐中的所有水都能够被本发明的时变频率电磁波处理，罐内处理系统最好为阻性远场。特别是，如图5所示的处理单元122A和122B与罐壁距离较远，使得时变电磁场和水中的离子流能够均匀分布，从而处理罐内的水。要规定相邻处理组件121之间的间距以及处理单元122A和122B之间的间距，从而确保电位分布尽可能均匀。根据储罐尺寸，可以使用一套或多套处理组件。通常情况下，用于罐内处理系统的容性负载最好使用杆状或管状探头，以简化安装。罐内处理系统还可以使用其它几何形状或结构。图10显示本发明的罐内处理系统的典型布局。如图10所示，水罐140中装有两套处理组件121，使得相邻处理组件121和各处理组件的处理单元122A和122B充分分开。相邻处理组件121的间距D和处理单元122A和122B的间距d足以在罐内水中产生阻性远场。

图11为管道内处理系统图，其中管道内处理仓150安装在管道130上，该管道设有入口131和出口132。多套处理组件121安装在处理仓150中，管道内处理系统使用容性近场。通常情况下，相邻处理组件121的间距D以及处理单元122A和122B的间距非常短，例如在2mm至10mm范围内，从而产生强电容电场，用于处理流经处理仓150的水，产生最强的杀菌和微生物消毒效果并实现最强的水激发。

图12A和12B显示管道内处理仓150内安装的处理组件其它布置。在图12A所示的布置中，成对提供的处理单元122A和122B与波发生器110平行连接，被浸入处理仓150装的水中。类似地，处理单元122A和122B以及电容板124A、124B距离靠近，在处理单元122A、122B之间产生高电压梯度时变频率电磁波电场，在水中诱导产生离子波流，用于水处理。 根据管道长度的不同，通常以每2至3km的间隔，将管道内处理仓150安装在管道上。

图12B为处理组件的另一布置。如图所示，多套处理单元122A和122B成对平行排列在处理仓150中。处理单元122A和122B的各电容板124A和124B的部分表面都覆有导电涂层，覆层表面125面向一个方向，布置在未涂覆发射器表面126之间。涂覆发射器表面125可能仅占整个发射器表面的一半或某一合适长度。在图12B的排列布置中，未连接电容板124A和124B。由于放电所需能量较低，电磁波只能优先释放涂覆的表面125。这种容性负载排布结构能够将波放电增加许多倍并重新进入容性负载，这与波电流只能够在容性负载对间放电一次的小间距结构不同。因此，若要产生相同的处理效果，本结构的能力输入量急剧下降。

本发明的系统和方法广泛用于需要水或水系统腐蚀控制的应用，特别是油田注水井中的全面腐蚀和SRB腐蚀控制。被注入油井的水流经油藏，将原油的油/水混合物推出地面进行分离。然后，分离后的水被循环输入注水井，用于重复石油采集。

现有技术加入表面活性剂化学品增加原油产量，这通过激活接触油和土/多孔砂石/沙的水表面张力实现。 原油烃主要由石蜡烷烃类和沥青质类组成，这些原油烃是非常大的长链烃分子。相应地，这些大分子之间的分子间吸引力导致原油粘度非常高，石油与其它基质表面的粘附非常强。高粘度以及对地层表面的粘附降低了产油速率。而为了提高产油速率，经常需要采用化学处理提高产油量。

在注入水中加入的表面活性剂（表面活化）化学品会降低水表面张力或增加接触油和土/多孔砂石/沙的水活性。降低界面张力或提高可润湿性使得水更容易流穿，挤出更多的石油，从而增加石油产量。另外，还有使用碱剂与成油表面活性剂发生反应的化学方法，同样用于石油增产目的。尽管表面活性剂有助于提高石油产量，但多数表面活性剂化学品对环境不友好。

本专利利用相同的时变频率电磁波而不是表面活性剂提高水活性。图13A和图13B显示用张力计检测本发明系统处理前后的水表面张力（图中圈示）。很明显：处理后的表面张力，图13B中的圈示区域出现更大波动，表明水的活化能高。另外，处理后的注入水被赋能，使得水特性改变和增加油/沙/砂石裂缝中的水毛细管迁移/可润湿特性，提高从裂缝中挤出石油的能量，尽管不使用任何表面活性剂。

图14A和14B分别显示注入水在处理前和处理几分钟到1.5小时后的FTIR分析，例如有时大约15分钟，有时1小时。从未处理水和处理后水的不同位置分别随机采集5个样品进行FTIR分析，图中明显显示处理后的注入水能量较高，O-H键拉伸吸收峰的△stre 偏移大于未处理水，O-H键的剪切振动吸收峰的△scis偏移大于未处理水。水被处理至高能，从而O-H键拉伸以及O-H键剪切振动增强，因此O-H键拉伸的和O-H键的剪切振动的FTIR吸收峰在未处理水和处理后水采集的不同位置显示更大的波动。处理后的 △stre 偏移从0.556（图14A）增加至0.944（图14B）。这种高能量水流经油层时不但能够将能量转移给石油烃，而且还有助于降低重油的高粘度，包括对沙/砂石的粘附，使得注入水更容易将重油挤出多孔地层，这是因为石油烃对时变频率电磁波非常敏感。处理后水的高能量能够被传播至地下的低能态石油，活化本发明系统无法直接处理的烃油，这绝对有助于降低石油粘度和粘附，从而在某种程度上提高石油产量。图15显示本发明系统直接处理后（曲线20）和热处理后（曲线10）的重油粘度下降。如图15所示，经本发明的时变频率电磁波处理的石油粘度下降速率快于加热方法处理的粘度下降速率，因此所需时间少得多。如果直接处理重质烃，粘度和石油级分沸点分布特性将从重质烃（未处理烃，参见图16A）迁移至轻烃行为（处理烃，参见图16B）。

四氧化三铁用作良好的防蚀涂层，它具有自修复和低维护的优点。四氧化三铁的自修复特性是独一无二的。若四氧化三铁涂层在使用期间遭到破坏，它将在新暴露的裸钢表面上重新形成新的四氧化三铁层。因此钢结构维护减少。本发明的电磁波系统的另一特性是电磁波倾向于通过集肤效应在钢材表面传播穿过钢材整个截面。通过该集肤效应作用，不但在钢材的整个外表面上形成四氧化三铁层，而且还在难于到达的钢材凹坑、裂缝和缝隙上形成四氧化三铁层，从而使其成为传统直流阴极保护电流和传统涂层材料通常无法应用的优异防蚀保护方法。

本发明的系统和方法适用于铁制品之外的其它金属制品。例如，当铜合金制品经过相同的时变脉动电磁波处理后，将形成铜合金制品表面上的钝化氧化亚铜（Cu₂O）与氧化亚铜层上的钝化氧化铜（CuO）的均匀致密屏蔽复合涂层（Cu₂O/CuO），具有优异的防蚀特性，与铜合金制品表面实现良好的结合。类似地，这种钝化复合涂层是一种非常有效的防蚀涂层，可避免铜合金制品被腐蚀。

检验

检验和确认时变频率电磁场处理后的腐蚀控制效果。具体将一片低碳钢板切为两片。将第一片在处理水中浸泡3小时，第二片用作对照品，在未处理水中浸泡3小时。图17是第一片钢板310和第二片对照钢板320的图片。从中可以看出：在第一片钢板310上形成了全黑色四氧化三铁涂层，而第二片对照钢板320上未发现形成四氧化三铁。测量黑色四氧化三铁的厚度，结果大约为15至80µm（参见图18）。

还可进行其它检验，确认本发明所实现的有益效果。例如，将低碳测试钢板安装在处理仓下游4km处的管道上，结果同样显示形成黑色四氧化三铁。将锯条在过滤器重排出的处理注入水中浸泡30分钟，结果也显示产生全四氧化三铁。

可以惊奇地发现：注水井油田测试点在产生四氧化三铁后的平均腐蚀速率大约为0.006mm/年，这远低于0.076mm/年的良好控制要求标准，明显优于化学处理水，后者的平均腐蚀速率是控制要求标准的4倍。

另外还分析了现场SRB杀菌效力。检测处理仓入口处的SRB量为2,500cfu/ml（菌落形成单位/毫升水），处理仓出口处的SRB量仅为25cfu/ml。另外，现场结果表明：储存从地面土中回收的注入水的处理仓入口处的SRB数明显下降，注入水经本发明方法处理3个月后，从2,500cfu/ml降至低于200cfu/ml。这表明本发明系统实现的SRB杀菌效果很明显，已扩展至整个土层。

因此，通过原位形成防蚀涂层，本发明可为接触或暴露于水的金属制品提供一种防蚀系统和方法，使用非常简单并节能，可一次性有效提供各种处理。在本发明中，使用直流偏置交流时变频率电磁波激发水而不是金属制品自身，因此不会在金属制品上外加电流。水中的高含量氯被特意用于产生氧化性环境，从而将水激发至高氧化态，产生ORP正值更高的水，促进产生前体Fe²⁺离子，用于在整个注入水钢系统上自发形成均匀的强粘附四氧化三铁涂层，可为金属制品提供高效的全面腐蚀和SRB腐蚀防护， 这是本发明与现有技术差异最明显的独特特性。

尽管本文描述的实施方式被用作典型的防蚀系统和方法，但所属领域的技术人员应该清楚本发明不限于文中所述的实施方式，所属领域的技术人员应该可以通过专业人员常识设想到其它许多可能的变化和修改，而不会偏离本发明的范围，但此类变化和修改也属于本发明的范围。

Claims (32)

1.一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统，其特征在于，其包括：

用于产生具有时变频率的电磁波的发生器；

连接至发生器的电源装置，用于对发生器施加驱动电压，驱动产生电磁波和

对一套或多套处理组件施加时变频率电磁波，每套组件包括分开放置和用于接触水的两个处理单元；其中，每个处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，从而对两个处理单元施加时变频率电磁波，产生以下一种或多种协同效应：

在各线圈负载内或周围产生时变电感电场，

在两套处理单元的容性负载上产生电容电场，以及

在水中以脉动时变方式在两套处理单元之间传播的离子波流，

从而为水提供能量，将其变为氧化态，具有足以诱导产生与水中羟基发生反应的金属前体离子的氧化电位，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐，作为防蚀涂层。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，提供一个旁路开关，在两套处理单元之间产生旁路通路，使两套处理单元的容性负载短路。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，两套处理单元的间距范围为2mm至20mm。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，将多套处理组件在处理仓内组装到一起，以增强容性近场。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，两套处理单元相互远离，以产生阻性远场。

6.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，通过在水中产生正氧化还原电位偏移产生氧化态水。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，正氧化还原电位偏移至超过+200 mV。

8.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，容性负载为板状、杆状、管状或网状。

9.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，发生器结构可产生直流偏置时变频率脉动电磁波，该电磁波包含交流和偏置直流分量。

10.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，电磁波的频率范围从200Hz至1,000,000Hz，电磁场的扫描频率为10 Hz至100Hz。

11.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，金属制品为铁制品，诱导前体离子为Fe²⁺离子，该离子与羟基发生反应，在铁制品上产生钝化四氧化三铁作为防蚀涂层。

12.根据权利要求11所述系统，其特征在于，铁制品是油田用油井维护设备。

13.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，金属制品为铜制品，诱导前体离子为Cu⁺离子，该离子与羟基发生反应，在铜制品上产生钝化氧化亚铜作为防蚀涂层。

14.根据权利要求13所述系统，其特征在于，诱导前体Cu⁺离子与羟基发生反应，形成铜制品表面上的钝化氧化亚铜内层与内层上的钝化氧化铜外层构成的复合涂层。

15.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，选择电磁波频率激发金属制品，从而可以在金属制品表面上产生集肤效应，使电磁波可以在金属制品表面上传播。

16.根据权利要求1-5任一项所述系统，其特征在于，还进一步包括提高水氧化电位的方法，以促进形成前体离子。

17.一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的方法，其包括以下步骤：

产生具有时变频率的电磁波，并

对一套或多套处理组件施加时变频率电磁波，每套组件包括分开放置和用于接触水的两个处理单元；其中每个处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，从而对两个处理单元施加时变频率电磁波，产生以下一种或多种协同效应：

在各线圈负载内或周围产生时变电感电场，

在两套处理单元的容性负载上产生电容电场，以及

在水中以脉动时变方式在两套处理单元之间传播的离子波流，

对水发挥协同效应，将水激发呈氧化态，具有足以诱导产生与水中羟基发生反应的金属前体离子的氧化电位，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐，作为防蚀涂层。

18.根据权利要求17所述方法，其特征在于，通过在水中产生正氧化还原电位偏移产生氧化态水。

19.根据权利要求17所述方法，其特征在于，包括将正氧化还原电位偏移至超过+200mV。

20.根据权利要求18或19所述方法，其特征在于，通过直流电解、臭氧化、过氧化氢和加入氧化剂等方法实现正氧化还原电位偏移。

21.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，包括提供一个旁路开关，在两套处理单元之间产生旁路通路，使两套处理单元的容性负载短路。

22.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，两套处理单元的间距范围为2mm至20mm。

23.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，包括将多套处理组件在处理仓内组装到一起，以增强容性近场。

24.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，两套处理单元相互远离，以产生阻性远场。

25.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，产生步骤包括配置时变频率电磁波以包含直流偏置分量。

26.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，电磁波的频率范围从大约500Hz至大约1,000,000Hz，电磁场的扫描频率为10 Hz至100Hz。

27.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，金属制品为铁制品，诱导前体离子为Fe²⁺离子，该离子与羟基发生反应，在铁制品上产生钝化四氧化三铁作为防蚀涂层。

28.根据权利要求27所述方法，其特征在于，铁制品是油田用油井维护设备。

29.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，金属制品为铜制品，诱导前体离子为Cu⁺离子，该离子与羟基发生反应，在铜制品上产生钝化氧化亚铜作为防蚀涂层。

30.根据权利要求29所述方法，其特征在于，诱导前体Cu⁺离子与羟基发生反应，形成铜制品表面上的钝化氧化亚铜内层和在内层上形成的钝化氧化铜外层构成的复合涂层。

31.根据权利要求17-19任一项所述方法，其特征在于，选择电磁波频率以激发金属制品，可以在金属制品表面上产生集肤效应，使电磁波可以在金属制品表面上传播。

32.根据权利要求17-19任一项所述方法，可用于油田维护设备的注入水。

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